摘 要:结合工程实例,介绍了本工程的总体设计思路,并对主要施工任务、施工环境、制约因素等作了分析,提出主要构件设计方案,利用力学原理进行受力核算,与其他方式比较进行实用性分析。关键词:设计思路,受力核算,设计方案,实用性分析
1 总体设计思路
1)工程简介:本工程是北京地铁四号线工程中关村———成府路区间,全长700ｍ,为矿山法暗挖施工,竖井大约在暗挖区间中间位置,设计出土量约为6万ｍ3,工期要求为:开挖支护10个月。
2)竖井设计情况:本竖井主要设计尺寸长(南北方向)6ｍ,宽4.6ｍ,深为20ｍ。
3)提升机主要尺寸:根据竖井尺寸、场地大小及周边管线情况,依据施工工期考虑,采用电动单梁悬挂式方案,设计提升架主要尺寸为:两跨长18ｍ(南北方向),宽7ｍ,梁高为9.8ｍ,电动葫芦采用两组同时作业方式。
2 主要部件设计说明
2.1 立柱设计(见图1) 立柱使用材料说明:柱杆采用Ｌ80×80×8×9800,横杆采用Ｌ80×80×8×480,每500为一组,上下法兰采用16板,护座、肋筋采用10钢板,材质均为Ｑ235。
技术要求:柱杆与横杆间满焊,焊缝高10ｍｍ,柱杆与上下法兰间满焊,焊缝高10ｍｍ。
2.2 行走梁的设计(见图2) 使用材料:工字钢采用40Ｂ型号,上盖板采用16ｍｍ钢板,腹板、斜板、筋板采用6ｍｍ钢板。
技术要求:1)上盖板与腹板内侧间焊接为间断焊,焊角高6ｍｍ,焊长50ｍｍ,间隔100ｍｍ,外侧为满焊,焊角高6ｍｍ。2)上盖板与筋板间为满焊,焊角高10ｍｍ。3)腹板与筋板间为间接焊,焊角高10ｍｍ,焊长100ｍｍ,间隔50ｍｍ,与斜板间焊接为满焊,焊缝余高2ｍｍ。4)工字钢与筋板及间焊接为满焊,焊缝余高2ｍｍ。
2.3 横担设计(见图3)
使用材料说明:主担采用40Ｂ槽钢,上下法兰、筋板采用16钢板,材质均为Ｑ235。技术要求:1)两主横担槽钢间焊接为间断焊,焊角高10ｍｍ,焊长50ｍｍ,间隔100ｍｍ。2)外侧法兰、连接板与主横担间为满焊,焊角高15ｍｍ。3)槽钢外侧与筋板间为满焊,焊角高10ｍｍ。
3 关于竖井提升架理论计算
3.1 设计指标
3.1.1 刚度条件:容许挠度见ＧＢ3811 85起重机械设计规范
ｙｍａｘ≤[1/750]。3.1.2 强度条件:容许强度见ＢＪ17 88钢结构设计规范
σ≤[σ]=215Ｎ/ｍｍ2=2194ｋｇ/ｃｍ2。
3.2 主梁设计
3.2.1 主梁截面(见图4)
由:ｙｘ=∑ｙｉＡｉ/∑Ａｉ=(ｙ1×Ａ1+2ｙ2×Ａ2+ｙ3×Ａ3)/(Ａ1+2Ａ2+Ａ3)
=(79.2×54.4+2×65.9×15+20×94.1)/(54.4+2×15+94.1)=45.756ｃｍ。
得:ｙ1=79.2-45.756=33.444ｃｍ,
ｙ2=65.9-45.756=20.144ｃｍ,
ｙ3=20-45.756=-25.756ｃｍ。
由:∑Ｉ=∑Ｉｉ+∑ｙｉ2Ａｉ。
得:∑Ｉ=Ｉ1+2Ｉ2+Ｉ3+ｙ12×54.4+2ｙ22×15+ｙ32×94.1=159817ｃｍ4。
由:Ｗｘ=Ｉ/ｙｍａｘ。
得:Ｗｘ=159817/45.756=3493。
主梁受力图(以下由主梁最大受力点分析见图5)3.2.2 刚度校核
由:ｙ′ｍａｘ=ｐｌ/48ＥＩ=0.65。
考虑主梁动载系数为1.1,则ｙｍａｘ=ｙ′ｍａｘ×1.1=0.72。
结论:ｙｍａｘ<ｌ/750=1.27。
3.2.3 强度校核
由:σ=Ｍ/Ｗｘ=(ｐｌ/4)/Ｗｘ=(12000×950/4)/3493=816ｋｇ/ｃｍ2。
结论:σ<[σ]=2194。
3.3 横担设计
3.3.1 横担截面(以下由横担最大受力点分析见图6) 由:ｙｘ=20ｃｍ,∑Ｉ=∑Ｉｉ+∑ｙｉ2Ａｉ。
得:∑Ｉ=2Ｉ+2ｙ2×Ａ=2Ｉ+2ｙ2×83=103600ｃｍ4。
由:Ｗｘ=Ｉ/ｙｍａｘ。
得:Ｗｘ=103600/20=5180。
3.3.2 横担受力图(见图7) 由:ｙ′ｍａｘ=(ｐａｌ2/24ＥＩ)(3-4ａ2)=0.82,
考虑横担动载系数为1.1,则ｙｍａｘ=ｙ′ｍａｘ×1.1=0.9。
结论:ｙｍａｘ<ｌ/750=0.91。
3.3.3 强度校核
由:σ=Ｍ/Ｗｘ=ｐａ/Ｗｘ=(14165×230)/5180=629ｋｇ/ｃｍ2。
结论:σ<[σ]=2194。
3.4 立柱设计
立柱截面见图8。 立柱选用角铁的组合结构,高度9.8ｍ,承受载荷Ｐ。
Ｐ=横担承受的载荷/2+提升架自重/6=19110ｋｇ,
立柱简化为一端固定,一端自由,故μ=2。
假设角铁规格为:Ｌ80×80×8,
Ｉｉ=22.18ｃｍ4,Ａ=10.16ｃｍ2,
Ｉ=4Ｉｉ+4∑ｙｉ2×Ａｉ=4×22.18+4×10.16×22.392=20463.3ｃｍ4,
ｉ2=Ｉ/4Ａ,ｉ=22.44ｃｍ,
λ=μＬ/ｉ=87.35<100。
所以不能采用欧拉公式,如用直线公式:ａ=304,ｂ=1.12,σｓ=235,
λ2=(ａ-σｓ)/ｂ=61.6(λ2<λ<λ1),是中等柔度压杆。
σｃｒ=ａ-ｂλ=304-87.35×1.12=206.2ＭＰａ,
Ｐｃｒ=Ａσｃｒ=837.87ｋＮ,
ｎ=Ｐｃｒ/Ｐ=4.4。
立柱满足稳定条件。
4 实用性分析
1)立柱的设计,在总结了以往采用的钢管等形式以后,根据实用性、安全性及经济比较,选用了角钢焊接的形式。
2)经过改进设计后保证了行走梁的挠度要求,同时能够解决物料提升特种设备规范的上拱度要求,使电动小车的平稳运行安全可靠。其次改善了提升机的整体平稳性,大大减轻了提升启动和卸载时产生的整体晃动。
3)横担采用双钢形式,有效提高了提升架的整体稳定性,控制了挠度变化过大的问题,制作安装简单方便。
5 结语
对于起重提升水平运输系统由于使用方式、作业要求、环境制约各因素不同,综合考虑运输安装、安全可靠、经济合理、技术可行多方面条件,还有许多方案值得探讨。
参考文献:
[1]ＢＪ17 88,钢结构设计规范[Ｓ].
[2]ＢＧ6067 85,起重机械安全规程[Ｓ].